美国宇航局想把人类送上火星早在20世纪30年代但是,宇航员在前往这颗红色星球的九个月之旅中,将面临来自太阳、遥远恒星和星系的粒子辐射。

在一个发表新文章在同行评议的《空间天气》杂志上,包括加州大学洛杉矶分校研究人员在内的一个国际空间科学家小组确定了关于辐射风险的两个重要结论:人类领导的火星任务是可行的,这取决于航天器的屏蔽和飞行时机。

前往火星的宇航员将面临两种危险的辐射。来自太阳的辐射,被称为太阳能量粒子(SEP),如果旅行者没有受到航天器的保护,可能会非常有害。即使一次太阳喷发也能产生临界辐射剂量。

第二种辐射,银河宇宙线(GCR),起源于太阳系之外。这种辐射的强度一般没有SEP的强度高,但随着时间的推移,辐射会累积到有害水平。

尤里·希普利斯

科学家们的计算表明,在太阳活动最活跃的“太阳极大期”期间,保护火星上的航天器不受高能粒子的影响是可能的。来自遥远星系的最危险和高能粒子在这段时间里被增强的太阳行为所偏转。

此外,研究人员建议任务不要超过四年,因为更长的旅程将使宇航员在往返途中暴露在危险的高剂量辐射中。

加州大学洛杉矶分校研究地球物理学家、论文合著者、德国教授尤里·希普利斯(Yuri Shrits)表示,在这一半时间内,发射火星并返回地球是可能的。飞往火星的平均飞行时间约为9个月。

“这项研究表明,虽然空间辐射对航天器的重量和发射时间有严格的限制,而且它给人类火星任务带来了技术上的困难,但这样的任务是可行的。”Shprits说,他也是位于德国波茨坦的GFZ德国地球科学研究中心的空间物理和空间天气负责人,在最近的新闻发布会上

Shprits和他的同事们从加州大学洛杉矶分校,麻省理工学院,莫斯科的斯科尔科沃科技研究所和德国波茨坦(波茨坦大学)结合地球物理模型的粒子辐射的太阳周期模型辐射将如何影响人类乘客-包括其不同的影响在不同的身体器官和宇宙飞船。该模型确定航天器的外壳是用相对较厚的材料建造的,铝的重量为30克/厘米2-有助于保护宇航员免受辐射。

在简短的问答中yabovip16.com下面,Shrits解释了有关航天器材料的更多信息,以及保护火星宇航员免受辐射的其他方法。

yabovip16.com当前位置关于火星上的辐射,特别是它对宇航员的影响(在你研究之前)有什么假设?你的研究是否改变了这些假设?

尤里Shprits:过去的研究常常分别着眼于银河宇宙射线的影响和太阳能量粒子的影响。

三人独立研究关注建模的进化辐射生物效应,并通过航天器模型的辐射传播,但所有这些研究的结合会回答这样的任务是可能的,是否应该多久这样的任务,应该是最佳的屏蔽失踪了。

我们将GCRs的真实模型与SEPs的实际观测相结合,并在一个简化的航天器中对不同发射时间、不同任务持续时间和不同航天器厚度的人体幻影进行了计算。这些都使我们能够结合所有这些知识,对任务的持续时间做出现实的预测。

yabovip16.com:您从哪些数据源获取火星环境的模拟结果,以便得出这些结论?

尤里Shprits:我们使用了基于长期历史和地面观测的GCRs模型,以及从空间观测的SEP历史观测。

yabovip16.com你想用这个模型精确地算出什么?

尤里Shprits:我们的目标是估计这样一次旅行大约需要多长时间。还有很多不确定因素。

不同类型辐射的生物效应尚不完全清楚。1Sv[西弗单位]的限制将来可能会加以修订。同时,使用富氢复合材料可以提供更好的屏蔽。虽然我们的计算不应被解释为准确的评估,但它们给出了一个大致的估计,表明这项任务是困难的,但是可行的。

yabovip16.com:什么是太阳活动最大期?为什么在这个时间段进行一次旅行如此重要?另外,我们知道太阳活动高峰的确切时间吗?

尤里Shprits:通常,太阳活动最大值是指在11年太阳活动周期内观测到的太阳黑子数量最多的时间。在这段时间里,日冕物质注入的次数最多,太阳磁场的扭曲程度也最大。很难知道太阳活动的最大值何时会出现,或者我们现在是否处于最大值。然而,它大约每11年重复一次,这可以给出一个合理的估计。

yabovip16.com根据你的研究结论,航天器外壳应该用什么材料做?

尤里Shprits:我们估算了铝的价格。有人建议使用氢化合物材料。这将有助于减少辐射,并使任务期限略有延长。为了节省质量,还可以将燃料保持在航天器的屏蔽中。这些建议在技术上是否可行还有待观察。

在最初的研究中,我们只考虑了铝屏蔽,这是航天器最常用的材料。不管使用什么其他材料,对最长任务持续时间的估计应该大致正确。通过使用创新的解决方案可以做出一些调整,这应该是未来研究的主题。

主要结论是铝的屏蔽性能最佳,为30 g/cm2. 较厚的屏蔽层不会有帮助,而且会使情况变得更糟,因为二次辐射——一次辐射与航天器相互作用产生的粒子——会显著增加。因此,含氢材料会有所帮助,但不会显著改变我们的结论。

最后,我们给出了最长任务期限为4年的准确大概估计。要达到这一极限,就需要为航天器提供足够的屏蔽,与国际空间站上的屏蔽相当。如果这很困难,人们需要缩短飞行时间或飞得更快,这需要更多的燃料。

yabovip16.com字体为什么是4年?人类探险家在火星上暴露4年后,会发生什么?

尤里Shprits:至少目前最为接受的辐射寿命剂量限值为1 Sv。这一限制将在大约4年内达到,无论你如何屏蔽航天器。

yabovip16.com:火星探索的回报是否大于辐射的潜在风险?

尤里Shprits:这更像是一个哲学问题。我们可以说的是,使用最先进的模型和目前对辐射效应的了解,看来安全的火星任务将是极其困难的,但仍然是可能的。人类一直在探索新的地方,并将我们的疆域推向了更远的地方。我相信我们将来会这样做;这是我们的人性。

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